材料类专业大学生创新能力培养教学方法探讨

李建生 赵禹 陶锋 刘琪 冒国兵

［摘 要］ 材料类专业大学生创新能力的培养不仅关乎学生未来的发展，更是国家重大发展战略的需求。以“材料科学基础”课程为例，从材料类专业大学生个人、教师及学校三方面出发，探讨和分析了传统课程教学下材料类专业大学生创新能力缺乏的原因，浅谈提高材料类专业大学生创新能力的几点建议，以培养材料类专业大学生创新能力为目标，优化“材料科学基础”课程授课模式，调动学生的主动性和积极性，以期为“材料科学基础”课程教学提供借鉴。

［关键词］ 创新能力；材料科学基础；教学方法；材料类专业大学生

［基金项目］ 2021年度安徽工程大学本科生教学研究项目“基于对大学生创新能力培养的《材料科学基础》课程教学模式改革”（2021jyxm31）；2020年度安徽工程大学本科生教学研究项目“新工科建设背景下《材料科学基础》项目驱动法教学研究与实践”（2020jyxm18）；2018年度校级新工科示范专业（方向）项目“材料科学与工程专业增材制造专业方向”（2018xgksfzy01）

［作者简介］ 李建生（1990—），男，安徽合肥人，工学博士，安徽工程大学材料科学与工程学院讲师，主要从事异构金属制备及力学性能研究；刘 琪（1980—），女，江西新干人，工学博士，安徽工程大学材料科学与工程学院教授，主要从事新型光催化材料的设计与合成研究；冒国兵（1979—），男，江苏淮安人，工学硕士，安徽工程大学材料科学与工程学院副教授，主要从事泡沫金属材料研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）12-0133-04［收稿日期］ 2022-04-18

引言

材料、能源和信息被认为是现代社会的三大产业支柱，其中材料占据基础地位［1］。现代社会的发展离不开材料的发展与创新，因此培养具有创新素质的材料领域人才迫在眉睫［2-3］。高等教育是培养创新型专业人才的重要途径，在材料类专业大学生的培养过程中，专业课程教师要极其注重对大学生创新能力的培养。专业课程教师对大学生的培养主要集中于课堂教学活动，同时辅以课后教学（课后作业、课后交流等）。如何通过高效合理的课堂教学以及丰富的课后教学，在传授专业知识的过程中提高学生的创新能力，这是每一个专业教师的终极目标之一，同时也是国家相关部门给予当代教师的一项光荣而又艰巨的任务［4-5］。“材料科学基础”几乎是每一名材料类专业大学生进入专业课学习后的第一门课程，是材料类专业本科生的专业基础课［6］，该课程是以研究材料的成分、微观组织结构、制备工艺与材料宏观性能和应用之间关系为主的专业课程，包含原子的结构与键合、固体结构、晶体缺陷、固体中原子与分子运动、相图等重要知识点，是连接公共基础课与专业课的桥梁，是将高等数学、大学物理等公共知识引入其他材料专业课程的过渡课程，学习好该课程将为今后其他专业课的学习打下扎实的基础。本文以“材料科学基础”课程为例，分析传统教学中大学生缺乏创新能力的原因，进而指出如何在该课程教学过程中提高材料类专业大学生的创新能力。

一、“材料科学基础”传统教学下学生创新能力缺乏的原因

（一）学生自身方面的原因

材料类专业大学生是材料专业课程教学过程的主体，在“材料科学基础”课程的学习过程中，由于受小学、初中、高中等阶段应试教育的影响，学生的创新精神受到了一定的束缚，创新意识匮乏，大部分材料专业大学生已经习惯于对书本知识死记硬背，机械式解决问题，很难进行深入思考和大胆提出新的想法，进行创新。同时，当代大学生大部分生活环境优越，缺乏吃苦耐劳的精神。部分学生意志力薄弱，容易沉迷于游戏和其他社交活动，不愿意投入足够的时间学习专业知识，在课堂上往往心不在焉，很难跟上授课教师的节奏，久而久之，甚至出现个别学生对基本的专业基础知识一问三不知，更谈不上培养专业创新能力。

（二）专业课教师方面的原因

教师是课堂的主导者，对课堂教学活动具有绝对的控制权，其自身的专业素质、授课方法等都会直接影响学生，一名优秀的教师在授课的过程中能够综合运用各种教学手段，引导学生的思考方式，激发学生的学习动力，在传授专业知识的过程中能够做到培养学生的创新能力［7］。“材料科学基础”课程传统教学中教师存在的导致学生创新能力不足的共性问题，主要有以下几个方面：（1）部分材料类专业教师在教学过程中更加侧重对专业基本理论的介绍，这是因为他们对自己的专业知识比较自信，在教学的过程中往往会步入误区，认为只要自己把专业知识讲得深入透彻，学生的专业能力和创新能力就能得到提升。但事实却相反，教师专业知识讲得越具体、越深入，学生们往往越难听懂。（2）部分材料类专业教师存在备课不足，课堂教学方式单一，在有限课堂教学时间内，不能够将复杂的问题简单化的缺点。面对当代大学生个性化显著的现状，授课教师很难对每个学生进行特色的针对性教学，专业知识的传授是针对大众的授課方式，导致部分学生难以接受，甚至出现厌学心理，授课教师也就难以在授课过程中开发其创造力。（3）部分材料类专业教师制定的课程评价方式不利于培养学生的创新能力，在他们的课程中，学生的课程评价方式一般以考试成绩为主，辅以课后作业+考勤，这种过多关注考试成绩的评价体制会导致学生拘泥于死记硬背、题海战术，极大限制学生创造思维的培养。另外，大学的课程考试与高中不同，很多教师在考试前都会对学生进行非常详细的指导，学生只要把教师强调的重点内容弄明白就基本上能通过考试，因此，学生对平时的课堂学习不太重视，导致教师很难在课堂上对学生进行专业知识的传授和创新能力的开发。

（三）学校及其相关部门方面的原因

在“材料科学基础”课程教学过程中，学生的创新培养很大程度上受学校及其相关部门的影响。“材料科学基础”是材料类专业大学生的专业入门基础课程，许多专业性的知识在该课程学习中被初次提到，往往比较抽象，学生难以理解，需要借助材料类的实验加以讲授，学生可以在教师的指导下自己动手完成实验，既理解了书本上的知识点，同时又提高了动手能力和创造能力。因此，学校及其相关部门应投入一定经费，搭建实验平台，相关教务部门应该加大实践环节的比重，优化课程设计的总体布局。然而，大部分学校实验硬件条件差，每年相关的经费投入少，课程设计总体布局墨守成规，不敢创新。材料专业创新大赛可以有效激发材料类专业大学生的创新潜力，但是学校及其相关部门的宣传力度不够大，加之活动经费投入不足，比赛往往流于形式，这种情况下，学生虽然参加了竞赛，但往往主动性不足，难以培养学生的创新能力。

二、“材料科学基础”课程教学中提升学生创新能力的建议

（一）激发学生对材料专业课的兴趣

兴趣是最好的老师，在“材料科学基础”课程学习过程中，一旦学生对该课程产生浓厚的兴趣，他们就会全身心投入每节课的学习，他们会跟着教师一起学习新知识，跟随教师的节奏一起思考，会在思考过程中形成自己的想法，即认知产生创新，久而久之，他们的创新能力也会得到提高［8］。当然，学生对课程的兴趣很大程度上取决于授课教师的授课风貌及授课方法等。授课过程中，教师始终保持激情饱满的状态，学生就更容易被吸引，对课程学习产生兴趣，同时，教师在教学过程中时常引入课程思政案例，如一些材料科學家的感人故事、材料在中国航空航天工程领域的重要性，让学生认识到材料专业及“材料科学基础”课程的重要性，从内心深处萌生兴趣，产生学习的动力，激励自己迎难而上、努力学习、努力创新［9-10］。

（二）积极备课，做有准备的专业课教师

一名优秀的且善于培养学生创新能力的教师应做到积极备课。在备课过程中，教师的授课素材及授课环节应趋向于多元化、多样化，比如下载一些与课程相关的有趣的视频，在授课PPT中多插入一些生动的动画，以及能够促进学生思考的案例，多设计一些学生相互交流的环节，这样虽然会花费大量的时间，但有助于调动学生的积极性，多元化、多样化的授课素材和授课环节既能够帮助学生迅速理解课程的基础知识点，跟上教师的授课节奏，同时又能够不断地培养学生的创新思考能力。为了更好地培养学生的创新能力，授课教师可在讲完每个知识点后精心准备1～2个开放性的思考题，鼓励学生利用课下时间思考问题，在下节课堂上充分交流讨论，最大限度地活跃学生的思维，激发其创新思维。

（三）在课堂教学中引导学生进行思考、交流、协同合作

传统的“材料科学基础”课程教学以教师为中心，教师在台上讲授，学生在台下听课，束缚了学生的思维，很难有拓展的机会，不利于学生创新能力的培养，翻转课堂是一种互换教师与学生角色的授课方式（以学生为中心），是可以很大程度调动学生学习的主动性和积极性的新型授课方式［11-12］。“材料科学基础”课程教学应该多采用翻转课堂模式，使学生成为课堂主导者，形成“教师部分讲授—学生思考—学生发言—学生协同合作”的教学模式。翻转课堂教学模式的顺利实施对教师和学生都提出了一定要求：对教师而言，教师需要转变观念，最大程度上摒弃以自我为中心的想法，积极主动地引导学生思考，鼓励其与其他同学合作，包容学生，鼓励学生大胆发言；对学生而言，学生也需要努力提前做好功课，克服自己的恐惧心理，发挥自己的主观能动性，积极主动参与课堂。

（四）改革课程评价机制

在“材料科学基础”课程教学评价中，教师应该尽量摒弃以传统的考试成绩评价学生对课程的总体掌握情况的方法，毕竟传统的考试侧重学生对书本知识的记忆和简单推理，不利于学生创新能力的培养。事实上，创新能力的培养应该更多地侧重对问题的思考、产生新的认知以及创造新的有用的方法，这就要求专业教师在“材料科学基础”课程教学评价中至少做到以下两点：一方面，教师要提高平时课堂讨论考核的占比，鼓励学生在课堂上多思考，产生不同的见解，促进学生以灵活的思维及优异的表现在平时课堂讨论考核时得到高分；另一方面，关于期末考试的题目，教师应尽量多设置一些开放性的综合题目，这些题应该是涉及多个基础知识点的综合性题目，可以做到在巩固专业基本理论的同时，不断发散学生的创造思维。

（五）加强本科生实验平台建设，积极组织创新能力竞赛

在专业课的学习过程中，若一味地进行理论学习，学生的理解程度有限，创新思维也会受限制。实践出真知，只有理论联系实践，学生的认知才会进一步深化，促进其产生新的认知。关于“材料科学基础”的授课形式，在条件允许的前提下，理论学习应该始终与实践学习并行，因此，学校及相关教务部门应该加大资金投入，搭建更多的材料类专业本科生实验平台，如金相实验平台、热处理实验平台、熔炼实验平台等；学校应该大力鼓励二级单位积极组织专业创新能力竞赛，鼓励学生积极参与，通过竞赛激发学生的创新能力；学校及相关部门应加大竞赛奖励力度，对获奖的学生进行物质奖励和精神表彰，在学校对其广泛宣传、树立典型，通过榜样力量为未来的竞赛提前开展宣传工作，进一步吸引更多的学生参加下一届比赛，不断地培养学生的创新能力。

结语

创新能力的培养关乎个人和国家的长久发展，因而备受社会的关注。“材料科学基础”是材料类大学生极其重要的专业基础课，在课程教学过程中采用多元化的手段，不断培养学生的创新能力，十分必要且迫在眉睫，这需要学生个人、教师、学校的共同努力。本文在剖析传统教学中大学生创新能力缺乏的原因的基础上，提出在“材料科学基础”课程教学过程中提升学生创新能力的方法，以期和广大同行交流、共享。

参考文献

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［7］沈礼尧.发挥教师的主导作用，让课堂充满活力［J］.新课程导学，2017（22）：59.

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［9］欧平，齐亮，汪志刚，等.基于《材料科学基础》开展课程思政的探讨［J］.课程教育研究，2019（40）：65.

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［11］陈立宝，杨海林，宋旼，等.新工科背景下打造材料类“金课”的创新路径研究［J］.教育教学论坛，2020（53）：155-157.

［12］杜春燕，赵晖.基于微课的翻转课堂模式在材料类专业实验教学中的应用探究［J］.当代教育实践与教学研究，2019（14）：25-26.

Exploration of the Improvement Method of Innovation Ability for College Students in Field of Materials： Taking the Course of Fundamentals of Materials Science as an Example

LI Jian-sheng， ZHAO Yu， TAO Feng， LIU Qi， MAO Guo-bing

（School of Materials Science and Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu，

Anhui 241000， China）

Abstract： The improvement of innovation ability for university students majoring in Materials is not only important for their future development， but also catered for the demands of the major development strategy of China. Taking the course of Fundamentals of Materials Science as an example， the factors that cause the lack of  innovation ability of university students during the traditional teaching process were analyzed in this paper from the aspects of students， teachers and administrative departments. Some measures for improving innovation ability of university students were given to optimize the teaching mode， arouse students initiative and enthusiasm， and to provide some guidance for this course.

Key words： innovation ability; Fundamentals of Materials Science; teaching method; students majoring in Materials